一種基于移動物聯(lián)網(wǎng)的家庭寵物自動喂養(yǎng)系統(tǒng)和方法研究

楊奇榮

【摘要】 本文在基于對現(xiàn)有寵物喂養(yǎng)方法的分析基礎(chǔ)上，結(jié)合移動物聯(lián)網(wǎng)的特點，提出了一種全新的家庭寵物自動喂養(yǎng)系統(tǒng)和方法，并且對該系統(tǒng)和方法的具體實現(xiàn)方式進行了深入研究。通過對喂養(yǎng)屋、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、喂養(yǎng)管理系統(tǒng)等逐一進行闡述，為用戶提供了一套端到端應(yīng)用的解決方案。

【關(guān)鍵詞】 物聯(lián)卡 通信模組 M2M

一、引言

現(xiàn)代都市人生活圈子小，朋友少，往往都希望能養(yǎng)只寵物作伴，調(diào)節(jié)心情。但是主人平時工作又很繁忙，晚上往往還要留在單位加班，節(jié)假日可能還得回老家探親或外出旅游，因此，家里沒人的時候，寵物誰來喂養(yǎng)，成了很多人養(yǎng)寵物的一大難題。

現(xiàn)有技術(shù)中的遠(yuǎn)程自動喂養(yǎng)寵物的系統(tǒng)，是基于電話線通信的寵物喂養(yǎng)系統(tǒng)，將寵物喂養(yǎng)屋連接家中的固話線端口，主人通過撥通家中固定電話，按下數(shù)字鍵和#、*鍵來傳達喂養(yǎng)指令，寵物喂養(yǎng)屋接收指令后，發(fā)放飼料。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐漸發(fā)展，各種應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)于人民群眾的產(chǎn)品也逐漸增多，并終將替代過去舊式的通信方式成為中國新興的通信方式。因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)替代現(xiàn)有的固話通信技術(shù)實現(xiàn)寵物遠(yuǎn)程自動喂養(yǎng)非常有必要。

二、現(xiàn)有實現(xiàn)方法的缺點

基于電話線通信的寵物喂養(yǎng)系統(tǒng)要求將寵物喂養(yǎng)屋連接固話線RJ11端口，而目前大多數(shù)家庭已撤銷了固定電話，即使還保存固定電話，也要以犧牲一個用于通話的電話端口為代價，并且，寵物喂養(yǎng)屋連接固話線端口也不方便，寵物喂養(yǎng)屋的擺放局限于電話線的長短，固話線接口的傳輸速率也限制了視頻功能的實施。另外，實施遠(yuǎn)程喂養(yǎng)時，需要通過另一端按下不同電話鍵進行操作，容易產(chǎn)生誤操作。

三、本系統(tǒng)和方法的介紹

本系統(tǒng)參照移動物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)原理，由喂養(yǎng)屋，網(wǎng)絡(luò)傳輸層，喂養(yǎng)管理系統(tǒng)三部分組成。

3.1 喂養(yǎng)屋

喂養(yǎng)屋放置于家庭中，采用雙層結(jié)構(gòu)，下層放置飼料盤、水盤，供寵物直接進食，并且內(nèi)置寵物眼（攝像頭）和傳音喇叭，供實時監(jiān)控寵物進食狀態(tài)和遠(yuǎn)程寵物呼叫；上層與下層隔開，上層包括飼料箱、水箱以及飼料傳送裝置和水傳送裝置。飼料箱和水箱分別儲放供寵物喂養(yǎng)用的飼料、水。飼料傳送裝置和水傳送裝置采用雙漏斗設(shè)計，飼料傳送裝置包括連接飼料箱的飼料口擋板和對準(zhǔn)飼料盤的輸送管，水傳送裝置包括連接水箱的出水口擋板和對準(zhǔn)水盤的輸水管，飼料口擋板和出水口擋板可進行關(guān)閉和打開，用于控制喂養(yǎng)量。飼料口擋板開啟后裝盛于飼料箱的飼料滑入輸送管，落入飼料盤中。出水口擋板開啟后水通過輸水管流入水盤，喂養(yǎng)屋外圍配備有物聯(lián)網(wǎng)通信模組，喂養(yǎng)屋電源模塊設(shè)置在下層，給物聯(lián)網(wǎng)通信模組、傳音喇叭和寵物眼提供電源。

物聯(lián)網(wǎng)通信模組內(nèi)置貼片式物聯(lián)卡，避免了因卡座和物聯(lián)卡引起的機械＼電氣等故障的可能性，更穩(wěn)定更可靠。支持標(biāo)準(zhǔn)的AT指令及擴展的AT指令，提供語音、SMS/GPRS/ USSD等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能，同時集成了物聯(lián)網(wǎng)M2M應(yīng)用所常用的幾種硬件功能接口，物聯(lián)網(wǎng)通信模組內(nèi)部采用微控制集成電路進行控制，根據(jù)指令控制飼料口擋板和出水口擋板的開關(guān)，同時提供USB接口與攝像頭連接、提供PCM數(shù)字音頻接口與傳音喇叭連接，實現(xiàn)了語言和視頻數(shù)據(jù)的傳輸。

物聯(lián)卡采用工業(yè)級設(shè)計，具備了現(xiàn)有手機通信或WIFI處理模塊所不具備的一些特點，可抗震、耐高溫，在20HZ～2000HZ震動頻率下使用正常， 在85°C環(huán)境下，90%～95%的濕度，物聯(lián)卡操作存儲正常， 并且擦寫次數(shù)可達50萬次，可放置于戶外（如露天庭院等），即使經(jīng)寵物頻繁碰撞、喂養(yǎng)屋移動也不影響通信功能。物聯(lián)卡號碼采用工信部批準(zhǔn)的106開頭的13位號碼，物聯(lián)卡內(nèi)部寫有IMSI、KI/ K、OPC、SMSP等卡數(shù)據(jù)，用于通過網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)并進行連接，接收喂養(yǎng)指令。嵌入物聯(lián)卡后的物聯(lián)網(wǎng)通信模組，僅需通過2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)即可完成通信，無需有線寬帶或WIFI信號連接，網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)入門檻低。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層由接入網(wǎng)和核心網(wǎng)組成，接入網(wǎng)共用現(xiàn)有的2G /3G/4G接入網(wǎng)絡(luò)，核心網(wǎng)采用新建的物聯(lián)網(wǎng)SMSC、HLR、GGSN設(shè)備，其他核心網(wǎng)設(shè)備共用現(xiàn)網(wǎng)核心網(wǎng)設(shè)備。其中，物聯(lián)網(wǎng)HLR提供了物聯(lián)網(wǎng)終端用戶的簽約數(shù)據(jù)信息、基礎(chǔ)通信業(yè)務(wù)的開通，物聯(lián)網(wǎng)GGSN提供GPRS通信的連接與路由功能，產(chǎn)生GPRS原始話單，并支持物聯(lián)網(wǎng)終端用戶在線狀態(tài)信息、IP地址信息的采集，物聯(lián)網(wǎng)SMSC提供短信通信的連接與路由功能，支持多優(yōu)先級的短信服務(wù)功能。喂養(yǎng)屋通過物聯(lián)網(wǎng)通信模組與網(wǎng)絡(luò)傳輸層連接，可同時支持語音、SMS/GPRS/USSD等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能。

3.3 喂養(yǎng)管理系統(tǒng)

喂養(yǎng)管理系統(tǒng)底層采用Linux操作系統(tǒng)，部署了Web服務(wù)器軟件和應(yīng)用服務(wù)器軟件，通過應(yīng)用服務(wù)器軟件連接ORACLE數(shù)據(jù)庫。Linux是喂養(yǎng)管理系統(tǒng)的底層設(shè)施，Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器軟件共同提供了喂養(yǎng)管理系統(tǒng)的訪問和操作功能，ORACLE則支撐了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的讀寫。喂養(yǎng)管理系統(tǒng)可劃分為提供給管理員的后臺管理子系統(tǒng)和提供給普通用戶的前臺管理子系統(tǒng)，管理員通過后臺管理子系統(tǒng)，可以管理普通用戶信息、給用戶關(guān)聯(lián)喂養(yǎng)屋、進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢等功能，普通用戶通過前臺管理子系統(tǒng)進行操作，觸發(fā)指令并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層傳送給喂養(yǎng)屋，實現(xiàn)寵物的自動喂養(yǎng)等功能。后臺管理子系統(tǒng)和前臺管理子系統(tǒng)均可以通過電腦或移動終端進行訪問。

3.3.1 后臺管理子系統(tǒng)

喂養(yǎng)管理系統(tǒng)提供給管理員的后臺管理子系統(tǒng)主要模塊包括：1）用戶信息管理模塊：可添加、修改、刪除用戶信息，用戶信息包括用戶姓名、住址、電話號碼等，并提供用戶初始登陸密碼設(shè)置功能；2）喂養(yǎng)屋管理模塊：建立喂養(yǎng)屋信息，喂養(yǎng)寵物資料填寫，并且與用戶關(guān)聯(lián)；3）查詢統(tǒng)計模塊：對所用用戶和喂養(yǎng)屋的登記信息進行統(tǒng)計查詢，對寵物的喂養(yǎng)情況進行分析，并可根據(jù)分析結(jié)果提供用戶合理化建議。

3.3.2 前臺管理子系統(tǒng)

喂養(yǎng)管理系統(tǒng)提供給普通用戶的前臺管理子系統(tǒng)主要模塊包括：

1）自動喂養(yǎng)模塊：支持自動喂養(yǎng)的設(shè)置，包括喂養(yǎng)時間的設(shè)定，如周一至周五，每天12：00、18：00投放飼料，每天12：10、18：10投放水；喂養(yǎng)時長的設(shè)定，如飼料喂養(yǎng)時長設(shè)定為5秒，飼料口擋板開放5秒后會自動關(guān)閉；支持設(shè)定的保存和激活生效；

2）手動喂養(yǎng)模塊：支持手動打開或關(guān)閉飼料口擋板和出水口擋板，供人工操作喂養(yǎng)；

3）寵物眼模塊：通過寵物眼功能，可打開安裝于喂養(yǎng)屋的攝像頭，實時觀察寵物的進食狀態(tài)和身體狀況；

4）寵物呼叫模塊：通過寵物呼叫功能，實現(xiàn)語音遠(yuǎn)程呼叫寵物，利用喂養(yǎng)屋的傳音喇叭播放聲音，同時，也支持語音的錄制和保存，定時播放，以呼喚寵物進食等功能。

四、本系統(tǒng)和方法的優(yōu)勢

1）配備了物聯(lián)網(wǎng)通信模組，內(nèi)置貼片式物聯(lián)卡，避免了因卡座和物聯(lián)卡引起的機械＼電氣等故障的可能性，更穩(wěn)定更可靠。物聯(lián)網(wǎng)通信模組集成了多種硬件接口，具有較強的功能擴展性。2）物聯(lián)卡采用工業(yè)級設(shè)計，可抗震、耐高溫，可放置于戶外（如露天庭院等），即使經(jīng)寵物頻繁碰撞、喂養(yǎng)屋移動也不影響通信功能，嵌入物聯(lián)卡后的物聯(lián)網(wǎng)通信模組，僅需通過2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)即可完成通信，無需進行額外布線，不依賴于有線寬帶及WIFI網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)入門檻低。3）物聯(lián)卡采用工信部批準(zhǔn)的106開頭的13位物聯(lián)網(wǎng)專用號碼，利用新建SMSC、HLR、GGSN等物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)設(shè)備進行業(yè)務(wù)承載，保障了系統(tǒng)處理的穩(wěn)定性。4）搭建專屬物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)寵物喂養(yǎng)系統(tǒng)，提供了一套完整的端到端應(yīng)用的解決方案，具備新興物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣價值。5）用戶操作簡單，可通過電腦或移動終端隨時隨地進行寵物喂養(yǎng)。6）寵物眼和寵物呼叫功能，可同時作為家居安防的輔助手段。

五、結(jié)束語

本系統(tǒng)和方法應(yīng)用了最新的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)將喂養(yǎng)屋和后臺喂養(yǎng)管理系統(tǒng)連接，更方便用戶外出期間隨時隨地通過手機或PC登錄后臺喂養(yǎng)管理系統(tǒng)，遠(yuǎn)程喂養(yǎng)寵物。主要技術(shù)要點在于，在喂養(yǎng)屋中配備了物聯(lián)網(wǎng)通信模組，內(nèi)置貼片式物聯(lián)卡，利用移動物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)專號進行通信，并且建立了一套后臺喂養(yǎng)管理系統(tǒng)，提供了一套端到端應(yīng)用的解決方案。

參 考 文 獻

[1] 物聯(lián)中國 http：//www.50cnnet.com/

[2] 中國移動物聯(lián)網(wǎng)http：//iot.10086.cn/

[3] 郎為民《大話物聯(lián)網(wǎng)》人民郵電出版社，2011

[4] 中國移動通信集團公司，《新技術(shù)百問叢書.智能管道集》，《TD-LTE百問叢書.協(xié)議集》